挤扩多支盘灌注桩 的特点及应用

邓越

摘要 : 本文结合工程实例 , 深入浅出的阐述了挤扩多支盘灌注桩的设计原理和施工工艺 , 桩型结构合理、技术先进、施工容易、经济性和实用性很强 , 是一种新型可靠的实用技术 .

关键词 : 挤扩多支盘灌注桩 仿生原理 承载力 经济性

一 前言

在建筑工程中，由于基础的重要性及在工程总造价所占比重都引起人们的关注，因此在地基处理方面如何能降低造价、技术可靠、施工简单易行，是建设、设计和施工各方所共同盼望的。在桩基工程中，人们通常采用扩大桩径、增加桩长、孔底压浆等方法来提高桩的承载力来满足建筑物对承载力和变形的要求，但这在一定程度上提高了工程造价，能否在现有的灌注桩设计施工的基础上，开发一种经济和技术效益更好的新桩型，无疑具有十分积极的意义。挤扩多支盘灌注桩（以下简称支盘桩）就是一种新型可靠的实用技术，为灌注桩的发展带来新的生机。支盘桩它是从仿生学原理出发，仿树根根系结构，为充分挖掘地基中各层硬土的承载潜力而研发的，它是在桩身不同位置设置承力分支或分支盘（图一）的一种变截面灌注桩。它的施工工

济效益；近几年在工程中得到迅速的推广和应用。

二 作用机理及特点

支盘桩的承载力主要由桩侧摩擦阻力、桩端承力及支（盘）提供的端承力三个部分组成。该桩在竖向荷载的作用下，桩侧阻力先于桩端阻力发挥出来，随着荷载增加，桩侧阻力和桩端阻力以不同的速率增长，桩侧阻力逐渐粗趋于稳定，而桩端阻力不断增加，且上盘先于下盘发挥作用，直至整个桩发挥作用。

支盘桩的开发是结合了普通钻孔灌注桩和扩底桩的特点，它具有： 1 ）基桩承载力高，沉降变形小。该桩可以充分利用桩身范围内地基土中的硬土层来设置承力盘或分支，使传统的灌注桩端力由单承改进为多承，同时在盘施工中因对盘周围的土进行了预挤压，使盘周土得以挤密，使盘周土体承载力得以提高，从而改变了桩的受力机理。 2 ）节约成本，缩短工期。由于承载力的大幅度提高，所需桩数要少的多可起到节约材料，降低造价，缩短工期的效果，与普通直孔灌注桩相比，单桩承载力可提高 50% ，节约混凝土 30% 以上，降低基础造价 20%~30% 。 3 ）施工简单，速度快，低噪声和低振动，机械化程度高，泥浆排放量少，对外界环境及相邻建筑无干扰，对环保要求较高的市区尤为适用 4 ）桩对土的适应性强。这种桩适用于粘性土、粉土、填土、中等密实及以上的砂土、强风化岩；在地下水位上下均可施工； 5 ）设计灵活，适用性强。根据地层条件的具体情况，可设计成多支、多盘或多支多盘桩等形式，具体支（盘）的位置和数量，可根据挤扩中土层的变化，随时调整来满足不同承载力要求。 6 ）同时由于桩中间有多个支（盘），可增加桩的稳定性和抗震能力，还可以作为建筑物的抗拔桩。

三 桩基设计

因支盘桩的承载力一般较大，桩的承载力有时由桩身强度控制，所以桩在轴向压力作用下桩身强度按下式计算：

γ 0 Ｎ≦ fc Ψ c φ A

其中 Ψ c 为基桩施工工艺系数取Ψ c=0.8 ，φ为基桩稳定系数，取φ =1 。

单桩竖向极限承载力标准值的计算与普通钻孔灌注桩只是增加了支盘端阻力，具体按下式：

Q uk =Q sk +Q pk = μ∑ q sik *l i + ∑Ψ pi q pjk *A pj +q pk *Ap

其中 μ∑ q sik *l i 为单桩总极限侧阻力标准值， q pk *Ap 为极限端阻力标准值，∑Ψ pi q pjk *A pj 为支盘总极限端阻力标准值， Ψ pi 为支、盘极限端阻力标准值修正系数（见下表）。设计时应注意 A pj 应扣除桩身截面积后的支或盘的水平投影面积；同时因桩进入工作状态后支、盘上部会出现临空面，在计算侧阻力时应将盘高度范围内的摩阻力减去。

支、盘极限端阻力标准值修正系数 Ψ pi

设计中支盘应设置在结构稳定、压缩性小、承载力高、厚度大的土层中，支盘桩的最小中心距取 3d 和 1.5D 的较大值，当土质较软时取 D+ 1m , 桩基下持力层厚度不小于 3~4d ；对于支、盘的抗切强度，因处于桩身中部，不可能配置钢筋，主要通过增加支、盘的高度或提高混凝土标号解决。其余的构造基本同普通钻孔灌注桩。

四 施工工艺

支盘桩的施工流程为成孔 - 扩盘 - 扫孔 - 清底 - 置入钢筋笼 - 灌注混凝土。成桩方式主要有干作业成孔、泥浆护壁成孔、重锤夯击成孔、振动沉管成孔等几种方式。 支盘桩的成孔主要设备与普通钻孔灌注桩相同，仅需增加一套挤压扩孔的液压设备，具体是在成孔后将挤扩成型机吊至孔内设计标高处，启动高压油泵，使挤扩臂向外舒张对周围的土实施挤压，挤扩完毕收回挤扩臂，转动一个角度后重复前面动作；同一个盘位挤扩 9 次（每次转动 20 °）可形成一个承力盘，也可转动两次形成十字分支。扫孔也是该桩的特有工序，因在挤扩成盘的过程中，有可能由于挤扩机的挤土作用导致孔壁变形，为避免桩身局部的颈缩，就需要用钻机再次扫孔，消除这些影响。因该设备配备有自动监控数据处理系统，施工时可通过地面工作站了解地层变化及设备运行情况，使桩身施工质量处于受控状态，桩的施工质量可靠。

五 工程应用实例

( 一 ) 概况

本工程为山东某造纸厂造纸车间，长 198 米 ，宽 29 米 ，柱距 6 米 ，主跨 21 米 副跨 8 米 ，柱顶标高 21.20 米 ，主跨有一台 32 吨的吊车，最大柱下轴力设计值 4800kN 。拟建场地较平坦其地貌单元属河流冲积平原，勘察范围内场地地下水属第四系孔隙潜水，勘探期间地下水位埋深 1.79~ 3.15 m 。 具体各层工程地质特征为第①层耕土 (Q ml ) 层厚 0.6~ 1.2m ; 第① -1 层素填土 (Q pd ) 层厚 0.50~ 4.80m ，为勘探期间人工填土； fak=85kPa ； 第②层粉质粘土（ Q ）层厚 0.60~ 2.50m ，属中压缩性土， fak=110kPa ；第③层粉质粘土（ Q ）层厚 0.70~ 3.80m ，属中偏高压缩性土， fak=95kPa ；第④层粉质粘土（ Q ）层厚 1.90~ 3.30m ，属中压缩性土， fak=150kPa ；第⑤层粉质粘土（ Q ）层厚 3.90~ 6.20m ，属中压缩性土， fak=130kPa ；第⑥层粉土（ Q ）层厚 2.50~ 4.2m ，属低压缩性土， fak=170kPa ；第⑦层粉质粘土（ Q ）层厚 1.90~ 2.10m ，属中压缩性土， fak=150kPa ；第⑧层粉土（ Q ）最大揭露深度 2.35m ， fak=180kPa ；各层土土质均较均匀。场地抗震设防烈度 d 为 7 度第一组，设计基本地震加速度值 0.10g ，无液化土层。

( 二 ) 桩型的选择

在设计中针对本工程地质条件有支盘桩、普通灌注桩两种桩型

•  支盘桩分别置在第④、⑥、⑧层土中设置 3 个盘，各层土物理及地质性质见附图二。桩径Φ 500 支盘桩的极限承载力标准值采用《火力发电厂支盘灌

注桩暂行技术规定》（ DLGJ153-2000 ）中相应公式计算：

Q uk =Q sk +Q pk = μ∑ q sik *l i + ∑Ψ pi q pjk *A pj +q pk *Ap=2591kN

R=Q uk / γ p =2591/1.65=1570kN

单桩混凝土用量 4.14m 3

2. 采用Φ 500 钻孔灌注桩，桩端进入第⑧层粉土，其极限承载力标准值 Q uk =Q sk +Q pk = μ∑ q sik *l i +q pk *Ap=1280kN

R=Q uk / γ p =1280/1.67=776kN

如采用Φ 800 钻孔灌注桩，桩端同样进入第⑧层粉土，其极限承载力标准值 Q uk =Q sk +Q pk = μ∑ q sik *l i +q pk *Ap=2238kN

R=Q uk / γ p =2238/1.67=1340kN

单桩混凝土用量 9.1m 3

两种直径的钻孔灌注桩与支盘桩相比，直径Φ 500 的钻孔灌注桩，明显桩的承载力偏低，这样工程中不仅桩的数量增加，而且承台的混凝土用量也相应加大，如考虑Φ 800 钻孔灌注桩，虽然桩的承载力能达到设计要求，但其混凝土用量增加将近一倍，相应工程造价提

高近 40% ，两者相比支盘桩具有明显的优势。在施工中要求④粉质粘土层的挤扩首压值不小于 6Mpa ，⑥粉土层的挤扩首压值不小于 8Mpa ，

凝土采用 C25 ，超灌高度不得小于 50CM ，保证桩顶砼强度符合设计要求，该桩混凝土的充盈系数不得小于 1.1 等施工条件下，支盘桩施工

顺利完成，从静压实验结果可知， 5 个试桩均达到设计承载力要求，桩的最大累计沉降值为 15.23mm ；桩均未发生破坏。其 Q-s 曲线见图 3 . 本工程施工完毕后从桩的静载实验结果均达到设计要求（见图三），为建设单位节省了工程费用、缩短工期，取得良好的效果。

六 设计注意事项

支盘桩在设计中应注意，设置支和盘时注意因避开液化土、受大气影响深度内的膨胀土、自重湿陷性黄土和坚硬岩土和流塑粘性土。两个盘之间的间距不宜太近，否则会使上下两个盘底的应力重叠，从而使盘间土体发生剪切破坏，建议盘间距粘性土、粉土取 3d, 砂土取 4d ；同时上下分支宜相错 90 °，上下十字分支宜相错 45 °； 另外当土层由硬变软时，可适当增加支盘数量，当土层由软变硬时，可适当减少支盘数量，因为对于一些上部土体较下部土体较硬的场地，在实际受荷中往往上部盘受荷较多，下部盘容易产生悬空现象，使桩的承载力达不到设计要求，同时由于该桩的理论研究滞后于施工机具及施工工艺的研究，支盘桩的施工及实验数据均较少，因此建议对该桩承载力的取值最好通过静载试验确定。

七 结语

________________________________________________________________［2007第1期］